钻井液与完井液2.ppt

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1、第三章、钻井液的流变性Chapter3TheRheologyofDrillingFluids本章要求重点掌握：1.几种流型的概念和数学模型。2.流变参数的胶体化学性质。3.流变性测量原理和流变参数直读公式。4.钻井液流变性与钻井工程的关系。5.钻井液流变性能的调节与维护。1第一节、钻井液的流动状态和基本概念1.流体的流动类型稳定流：流场中任何点的流动参量不随时间改变，但不同点的流动参量可以不同的流动。特点：稳定流动是连续性的。不稳定流：流场中任何点的流动参量不但随位置不同而变，而且随时间不同也在改变的流动。特点：旧的流动条件刚改变到新的流动稳定条件建立之间的流动。

2、如：流体刚开始流动时；管道横断面变宽、变窄处。2稳定流动类型的变化塞流PlugFlow---流体象塞子一样流动，流速为常数.稳定流层流LaminarFlow---流体分层运动。任意流层与相邻流层方向相同，流速不同。紊流TurbulentFlow---流体内形成无数小旋涡。任一定点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。塞流层流紊流32.基本概念（预备知识）剪切速率ShearRate同义名称：速梯、剪率、切变率，流速梯度。常用符号：γ、D、dv/dr定义：γ=dv/dr=垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。意义：dv/dr增大，液流各层间的速度变化大；

3、反之则小。单位：γ=速度/距离=cm/s/cm=1/s=s-1钻井液循环系统中各部位剪切速率范围为:沉砂罐处：10~20s-1环形空间：50~250s-1钻杆内部：100~1000s-1钻头水眼：1000~7000s-14剪切应力ShearStress同义名称：剪应力、切应力。常用符号：τ定义：τ=F/A=液层单位面积上的剪切力。意义：τ越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。剪切应力内摩擦力单位：τ=F/A=dyn/cm2；Pa。1Pa=1N/m2=10dyn/cm25流变曲线ConsistencyCurve定义：速梯与切应力关系曲线。表示方法：三种表示法。

4、000ττγγQ；V；nP；P；6粘度Viscosity同义名称：有效粘度、视粘度。常用符号：η定义：η=τ/γ(单位剪切速率的剪切应力)。单位：η=τ/γ=dyn/cm2/s-1=dyn.s/cm2=泊1泊=100cp=100mPa.s=1dyn.s/cm2=0.1Pa.s7几何意义A.流变曲线上某点与原点相连直线斜率的倒数ηA=1/tg=τA/γA越大，η越小图中：ηA<ηBB.流变曲线上某点与原点相连直线的斜率ηA=tg=τA/γA越大，η越大图中：ηA>ηB0τγAB21τγ0AB218漏斗粘度FunnelViscosity定义：定体积

5、泄流时间。单位：秒；s类型：马氏漏斗粘度MarshFunnelViscosity定义：1500ml流出946ml的时间。标准：清水测量值：26±0.5s中国漏斗粘度定义：700ml流出500ml的时间。标准：清水测量值：15±0.5s9漏斗粘度反映流变性的优缺点优点：简单易行缺点：测定过程中流速梯度在变化没有考虑流体密度的影响10剪切稀释性——钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象。特点：剪切速率是变量；粘度是变量。可用YP/PV,n,Im等来表征。11第二节、基本流型及其分析一、流体分类根据“应力—应变（流动）（τ~γ）”关系，将流体分为：12二、流体分

6、析对流体研究对象的基本假设：连续介质均质性不可压缩性层流131、牛顿内摩擦定律与牛顿流体牛顿内摩擦定律τ=F/A=η(dv/dr)η—表征流体粘性的比例系数，简称牛顿粘度。F—内摩擦力。牛顿流体流变性符合牛顿内摩擦定律的流体。类型举例：水、甘油、单相液体等。流变曲线：通过原点的直线。特点：η=τ/γ=C（常数）Frdvdrrτ0稠液体稀液体142.非牛顿流体剪切应力与剪切速率不呈线形关系的流体。（1）流变特性与时间无关的非牛顿流体特点：τ与γ呈单值对应关系。塑性流体PlasticFluids数学模型：τ=τ0+ηsγ流变曲线：有截距的直线。流变参数：动

7、切应力YieldStress同意名称：屈服值、屈服点。定义：流体开始呈现层流流动时所需要的剪切应力。常用符号：τ0；YP单位：dyn/cm2、Pa几何意义：直线截距的切应力值。γττ0τs0塑性体15塑性粘度PlasticViscosity定义：塑性流体与其结构强弱无关的粘度。常用符号：ηs、PV单位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。国际：Pa.s、mPa.s模式讨论τ-τ0=ηsγ或者η=ηs+τ0/γ优点：γ0，ττ0能够反映多数钻井液具有内部结构情况。γ，η能够反映多数钻井液的剪切稀释性。γ，ηηs能够反映出钻井液的极限粘度。缺点：低剪

8、切速率下：